Zellkompartimente und Proteinsortierung

Eukaryontische Zellen sind durch symbiontische Vereinigung prokaryontischer Zellen entstanden. Im Laufe der Evolution sind die meisten Gene der endosymbiontischen Vorläufer von Mitochondrien, Chloroplasten und anderen Plastiden ins Genom der Wirtszelle übertragen worden, so dass nun die entsprechenden Proteine im Cytosol synthetisiert werden und von dort in die Organellen importiert werden müssen. In eukaryontischen Zellen werden außer Mitochondrien und Chloroplasten diverse andere Organellen und auch Membranen mit spezifischen Proteinen ausgestattet. Diese nichtcytosolischen Proteine werden bei ihrer Synthese mit einem Kennzeichen, einer Adresse, ausgestattet, die ihren Bestimmungsort festlegt. Die Adressen sind kurze lineare Signalsequenzen, räumlich strukturierte Signale in größeren gefalteten Regionen des Proteins oder posttranslational übertragene Strukturen. Die Zielerkennungssequenz befindet sich i. d. R. am NH2-Terminus; sie erscheint daher bei der Synthese des Proteins zuerst an der Oberfläche des Ribosoms und bestimmt den weiteren Weg des Proteins. Je nach Protein kann die Verschiebung durch die entsprechende Membran schon während der Synthese in Gang kommen (cotranslationale Translokation durch ER-Membran für intrazellulären Vesikeltransport) oder erst nach deren Abschluss stattfinden (posttranslationale Translokation in Mitochondrien, Plastiden u. a. m.). Eine Signalpeptidase entfernt das NH2-terminale Signalpeptid bei seinem Erscheinen im Lumen der Mitochondrien oder Plastiden bzw. des ER.